柔性預(yù)隔熱塑料管

1、柔性預(yù)隔熱塑料管Flexible Pre-insulated Plastics Pipes張玉川 2013-1前言柔性預(yù)隔熱塑料管 本文簡要介紹一種國外已經(jīng)廣泛應(yīng)用但是國內(nèi)還沒有推開的塑料管產(chǎn)品-柔性預(yù)隔熱塑料管(flexible pre-insulated plastic pipe)。柔性預(yù)隔熱塑料管主要用于輸送熱水，但是和應(yīng)用在建筑內(nèi)的冷熱水塑料管不同，柔性預(yù)隔熱塑料管主要應(yīng)用在建筑外并埋地鋪設(shè)。目前在這個應(yīng)用領(lǐng)域我國還都在采用鋼管。在建筑外埋地鋪設(shè)輸送熱水的鋼管現(xiàn)有兩類，一類普通鋼管，在現(xiàn)場連接后再做隔熱（保溫）層，通常鋪設(shè)在地下管溝內(nèi)；另一類鋼管是在工廠內(nèi)就預(yù)先做好隔熱（保溫）層，在現(xiàn)

2、場連接鋼管后就可以直接埋設(shè)在地下，即所謂預(yù)制直埋保溫管（如CJ/T 114）。柔性預(yù)隔熱塑料管和鋼管比較 柔性預(yù)隔熱塑料管是以耐熱的塑料管為芯管（輸液管），在工廠內(nèi)就預(yù)先做好塑料泡沫隔熱層和塑料外保護(hù)層。最鮮明的特點是具有柔性，產(chǎn)品以長盤管供應(yīng)，因此鋪設(shè)非常方便，快捷和經(jīng)濟(jì)。同時因為內(nèi)外都是抗腐蝕的塑料，具有不需要維護(hù)，使用壽命長的優(yōu)點。當(dāng)然，柔性預(yù)隔熱塑料管也是有局限性的，因為以長盤管供應(yīng)，直徑有限；采用通用的熱塑性塑料其耐溫和耐壓也有限（采用增強(qiáng)和工程塑料可以提高）。 柔性預(yù)隔熱塑料管在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)有幾十年成功經(jīng)驗，有相當(dāng)大的市場需求，有不少大企業(yè)集團(tuán)在生產(chǎn)（詳見下文）。同時我國具有開發(fā)柔

3、性預(yù)隔熱塑料管的市場空間和技術(shù)基礎(chǔ)。希望我國塑料管業(yè)注意這個機(jī)遇。國外生產(chǎn)的柔性預(yù)隔熱塑料管歷來采用過氧化物交聯(lián)聚乙烯PEX-a管做芯管。我國生產(chǎn)PEX-a管已經(jīng)有不短的歷史，很大的規(guī)模，但是始終局限在地板采暖管市場。筆者一直在建議調(diào)整我國塑料管產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，呼吁開拓大直徑交聯(lián)聚乙烯市場，從開發(fā)柔性預(yù)隔熱塑料管起步可能是個突破口。1 柔性預(yù)隔熱塑料管的市場 柔性預(yù)隔熱塑料管的主要市場是:1-1區(qū)域供熱供冷: 全球很多地區(qū)冬季寒冷必須采暖。為了盡量節(jié)約能源和減少污染，普遍都在推動發(fā)展區(qū)域供熱（DH -District heating）。區(qū)域供熱通常是從一個地區(qū)集中的熱源通過埋地管網(wǎng)向分散的建筑提供熱

4、能。集中的熱源包括熱電站(熱電聯(lián)產(chǎn)CHP)，工業(yè)廢熱和地區(qū)的鍋爐房等。有的管網(wǎng)分兩級，連接熱電站或鍋爐房的一級管網(wǎng)工作溫度較高，連接建筑用戶的二級管網(wǎng)溫度比較低，兩管網(wǎng)之間是熱交換器站（二級管網(wǎng)通常連續(xù)工作溫度80°C，最高工作溫度95°C，壓力6-10bar），管路比較長，直徑比較?。ù蟛糠衷?10mm以下）。采用柔性預(yù)隔熱塑料管有明顯的好處：l 鋪設(shè)方便和經(jīng)濟(jì)：柔性預(yù)隔熱塑料管用盤卷供應(yīng)，可以隨需彎曲，一般中間不用接頭，又不需要在現(xiàn)場做隔熱，所以鋪設(shè)時需要的開挖量少，工期短，費用低。根據(jù)美國的經(jīng)驗可以節(jié)約鋪設(shè)費用25-40%l 壽命長，不需要維護(hù)：柔性預(yù)隔熱塑料管的芯管

5、（輸液管）是不腐蝕并保證長使用壽命的耐熱塑料管。外表有PE的保護(hù)套。實踐證明遠(yuǎn)比傳統(tǒng)管道可靠耐久。l 熱損失?。涸诠S中預(yù)先做好的PU或PEX泡沫塑料隔熱層可以使熱損失小于3%。 在普遍采用區(qū)域供熱的俄羅斯，北歐各國都在推廣應(yīng)用柔性預(yù)隔熱塑料管。例如俄羅斯有供熱管網(wǎng)34萬公里，過去都用鋼管，壽命短，熱損失大，每年需要更新量約4%。2002年后推廣柔性預(yù)隔熱塑料管，10年內(nèi)已經(jīng)鋪設(shè)超過5,000公里，生產(chǎn)企業(yè)POLYPLASTIC近年年銷售已達(dá)1000公里，約30億盧布。 柔性預(yù)隔熱塑料管也被應(yīng)用于區(qū)域供冷。如阿聯(lián)酋的EPPI公司生產(chǎn)以HDPE芯管的EPPI-Flex。區(qū)域供冷比分散制冷經(jīng)濟(jì)和環(huán)

6、保，國外正在發(fā)展。我國很大地區(qū)夏季需要制冷，為節(jié)能減排也應(yīng)該推廣區(qū)域供冷。1-2 可再生能源利用: 為了可持續(xù)發(fā)展各國都在提倡利用可再生能源。已經(jīng)廣泛應(yīng)用的是地源熱泵，太陽能，溫泉水，生物能等。因為可再生能源的設(shè)施一般在需用熱能的建筑以外，常常需要用管道輸送熱能。這是柔性預(yù)隔熱塑料管另一個市場。 例如：日本不少地方為了充分利其分散的溫泉資源，很早就采用柔性預(yù)隔熱塑料管建立溫泉水管網(wǎng)1。 又如：在歐美有許多住宅分散在生物茂盛的地區(qū)，可以利用焚燒廢棄的生物（柴草）取得熱能。這些焚燒設(shè)施通常離開分散的住宅有一定距離，不少就采用柔性預(yù)隔熱塑料管連接。1-3工業(yè)領(lǐng)域: 在工業(yè)領(lǐng)域需要大量輸送高溫或低溫流

7、體的管道，這些流體又常常具有腐蝕性。采用柔性的預(yù)隔熱塑料管替代剛性的合金管也有不小的優(yōu)勢。減少接頭和管件就顯著提高可靠性。1-4 防凍和防結(jié)露的冷水管：柔性預(yù)隔熱塑料管用于工業(yè) 冷水管在嚴(yán)寒下可能冰凍，在濕熱下可能外表面結(jié)露。所以有些冷水管也需要隔熱，也可以采用柔性預(yù)隔熱塑料管。2柔性預(yù)隔熱塑料管的技術(shù)2-1柔性預(yù)隔熱塑料管結(jié)構(gòu)Rehau柔性預(yù)隔熱塑料管 柔性預(yù)隔熱塑料管通常是三層復(fù)合，中心是輸送流體的耐熱塑料芯管（或稱輸液管），芯管外是塑料泡沫的隔熱層，最外面是塑料保護(hù)套管。要求工作溫度和/或工作壓力更高的柔性預(yù)隔熱塑料管再增加一增強(qiáng)層。Uponor 雙芯管柔性預(yù)隔熱塑料管 輸送流體的耐熱塑

8、料芯管大部分是一根，也有是雙根（一供水一回水），或四根（二供熱用，二飲水用）。 塑料泡沫的隔熱層可以是單層一體的PU泡沫塑料或多層分開的PEX泡沫塑料。 塑料保護(hù)套管可以是平實壁管或單壁波紋管。Watts柔性預(yù)隔熱塑料管Mecso增強(qiáng)柔性預(yù)隔熱塑料管Polyplastic增強(qiáng)柔性預(yù)隔熱塑料管 增強(qiáng)層可以是編織的芳綸纖維，也可以是纏繞的鋼帶。 柔性預(yù)隔熱塑料管分兩類：粘合系統(tǒng)（bonded system）和不粘合系統(tǒng)（non bonded system）。在粘合系統(tǒng)中芯管，隔熱層和保護(hù)套是被隔熱材料粘合的，在不粘合系統(tǒng)中芯管，隔熱層和保護(hù)套沒有被隔熱材料粘合。2-2柔性預(yù)隔熱塑料管的基本要求和基

9、礎(chǔ)理論 對柔性預(yù)隔熱塑料管的基本要求是耐熱使用壽命隔熱性能柔韌性抗外作用隔熱層的壓縮蠕變和吸水保護(hù)套管的抗紫外線，熱穩(wěn)定性和抗應(yīng)力開裂2-2-1使用壽命和使用條件 區(qū)域供熱用柔性預(yù)隔熱塑料管要求在規(guī)定的使用條件下安全使用30年。 區(qū)域供熱用柔性預(yù)隔熱塑料管的工作溫度是高于建筑內(nèi)冷熱水管道的，換句話說，溫度-時間分布不同于建筑內(nèi)冷熱水管道的國際標(biāo)準(zhǔn)EN/ISO 10508（國標(biāo)GB/T 18991）中5個使用條件級別。按照歐洲標(biāo)準(zhǔn)組織CEN TC 107對塑料芯管正在制定中的標(biāo)準(zhǔn)要求，區(qū)域供熱用柔性預(yù)隔熱塑料管的溫度-時間分布是： 80°C / 176°F - 29 年 90

10、°C / 194°F - 1 年 95°C / 203°F - 100 小時 所以柔性預(yù)隔熱塑料管對于芯管和隔熱層材料的要求是較高的。 在俄羅斯和前獨聯(lián)體等一些國家區(qū)域供熱的溫度更高于歐盟國家，所以需要開發(fā)耐更高溫度的增強(qiáng)柔性預(yù)隔熱塑料管。2-2-2 基礎(chǔ)理論 柔性預(yù)隔熱塑料管計算使用的基礎(chǔ)理論是與建筑內(nèi)冷熱水管道相同的，采用的是ISO 13760標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Miners 的規(guī)則（Miners Rule）和ISO 9080標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的外推方法等。因為使用條件不同測試的要求也不同于建筑內(nèi)冷熱水管道的。 2-3柔性預(yù)隔熱塑料管材料2-3-1 耐熱塑料芯管 耐熱塑料

11、芯管通常是PEX-a管。供熱用柔性預(yù)隔熱管通常要持續(xù)在高溫80°C(短時間到95°C)和壓力 0.6-1MPa下工作，同時又要保持柔性，所以芯管普遍采用交聯(lián)聚乙烯PEX-a。在輸送熱水的熱塑性塑料管中交聯(lián)聚乙烯管是歷史最久，用量最大的。有大量的試驗研究和長期的實用經(jīng)驗證明在按照標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)和使用下可以長期安全可靠地運行。在三類交聯(lián)聚乙烯中選用過氧化物交聯(lián)聚乙烯PEX-a的原因一是柔性最好，二是可以用電熔管件連接。 近年耐熱聚乙烯PE-RT發(fā)展很快，性能不斷提高。因為PE-RT不需要交聯(lián)加工比較容易，又可以熔接，目前在地板采暖領(lǐng)域已經(jīng)成為交聯(lián)聚乙烯管強(qiáng)勁的競爭對手。PE-RT是否

12、可以用于工作溫度較高的柔性預(yù)隔熱塑料管值得關(guān)注。但是，目前見到的試驗研究報告對PE-RT能否長期安全使用還有爭議，認(rèn)為PEX-a的耐熱性能更好3。此外，在抗腐蝕和抗磨損性能方面PEX-a也顯著地優(yōu)于PE-RT，所以建議我國開發(fā)柔性預(yù)隔熱塑料管優(yōu)先采用已經(jīng)有長期成功經(jīng)驗的PEX-a管。 國外生產(chǎn)柔性預(yù)隔熱塑料管也有個別企業(yè)采用PEX-b或PB做耐熱芯管。2-3-2 低溫用塑料芯管 柔性預(yù)隔熱塑料管也可以用于輸送低溫液體，例如輸送冷卻用水。低溫用塑料芯管都采用HDPE管。2-3-3 塑料泡沫隔熱層 塑料泡沫隔熱層有兩種材料：聚氨脂PU泡沫塑料或交聯(lián)聚乙烯PEX泡沫塑料。對隔熱用泡沫塑料的性能要求有

13、：低的導(dǎo)熱率，低的吸水率，一定的抗壓強(qiáng)度和抗老化。2-3-4 塑料保護(hù)套管 塑料保護(hù)套管通常采用 HDPE或LDPE單壁波紋管。因為保護(hù)套管必須有足夠的環(huán)剛度（大于4 kN/m²），能夠抵抗外壓的負(fù)載。同時又要保持軸向的柔性，保證柔性預(yù)隔熱塑料管能夠彎曲到比較小的彎曲半徑。所以常采用特殊設(shè)計的單壁波紋管。國外也有企業(yè)用平實壁管。2-3-5 增強(qiáng)層 要求較高工作溫度和壓力的柔性預(yù)隔熱塑料管需要考慮增強(qiáng)。1） 例如在俄羅斯和前獨聯(lián)體國家，和歐洲國家不同（最高70,1MPa或者95,0.6MPa），規(guī)定的采暖熱水溫度比較高，所以供熱管網(wǎng)的工作溫度也比較高。為了適應(yīng)這樣的市場，俄羅斯 Pol

14、yplastic在2000年引進(jìn)西歐技術(shù)后先是自主開發(fā)了芳綸纖維增強(qiáng)的 ISOPROFLEX®-95A(95,1MPa)，2011年又開發(fā)芳綸纖維增強(qiáng)加復(fù)合其他聚合物的 ISOPROFLEX®-115A (115,1MPa)和-135A (135,1MPa)。2 日本MESCO在1980年就開發(fā)的溫泉和地?zé)崴?yīng)管（GNG管）就采用了鋼帶增強(qiáng)交聯(lián)聚乙烯管1。2-4柔性預(yù)隔熱塑料管的制造2-4-1 PEXa芯管的制造 至今國際上制造PEXa芯管大部分采用Engel方法，即柱塞擠出法。（已經(jīng)查明Brugg，Polyplastic，Golan采用Engel生產(chǎn)法。）Golan柱塞

15、擠出法制造PEXa管已經(jīng)有40年歷史的柱塞擠出法可以制造直徑最大到630mm（以色列Golan），質(zhì)量達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)的PEXa管，缺點擠出速度低。國內(nèi)應(yīng)用柱塞擠出法制造小直徑PEXa管已經(jīng)有豐富經(jīng)驗，但是直到最近才有企業(yè)用引進(jìn)設(shè)備制造出110mm的PEXa管。 近年國外一些企業(yè)開始采用螺桿擠出+紅外線交聯(lián)新技術(shù)制造PEXa芯管。新方法的擠出速度較高，可以制造直徑最大到250mm，質(zhì)量達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)的PEXa管4。KWH 芯管+PU泡沫+套管生產(chǎn)線PEXa管2-4-2 增強(qiáng)層的制造 目前見到生產(chǎn)增強(qiáng)柔性預(yù)隔熱塑料管的企業(yè)有俄羅斯的Polyplastic。采用的技術(shù)是在芯管外連續(xù)編織芳綸纖維線。日本M

16、ESCO采用鋼帶纏繞增強(qiáng)。2-4-3 隔熱層的制造Polyplastic增強(qiáng)芳綸編織PEXa管 聚氨脂PU泡沫塑料層是在完成芯管后連續(xù)成型的。國際市場有可以把芯管擠出成型，PU泡沫層和PE保護(hù)套管連續(xù)完成的生產(chǎn)線，如KWH就向阿拉伯酋長國Arab Emirates提供了這樣的生產(chǎn)線。編織增強(qiáng)芳綸纖維線 交聯(lián)聚乙烯PEX泡沫塑料層是先用擠出法制造成泡沫塑料片材，切條包覆到芯管上，可以包覆幾層。2-4-4 保護(hù)套管的制造Polyplastic PE波紋管制造 波紋保護(hù)套管的制造方法和通常制造單壁波紋管相同。2-5柔性預(yù)隔熱塑料管配套管件和附件 柔性預(yù)隔熱塑料管的連接和鋪設(shè)分三步：芯管連接；接頭保護(hù)

17、；接頭隔熱。需要配套管件和附件有： Brugg螺紋壓緊式管件2-5-1芯管連接用管件：REHAU的FUSAPEX 芯管連接是保證管道可靠耐壓的基礎(chǔ)。PEXa芯管大部分采用機(jī)械壓緊方法連接，和建筑內(nèi)冷熱水管用交聯(lián)聚乙烯管通常采用的相同。管件通常采用卡壓式管件或螺紋壓緊式管件，各生產(chǎn)企業(yè)常有自己的專利產(chǎn)品。PEXa芯管也可以采用電熔管件連接。例如生產(chǎn)柔性預(yù)隔熱塑料管的德國REHAU就生產(chǎn)的交聯(lián)聚乙烯電熔管件FUSAPEX。使用溫度范圍-40°C到+95°C。2-5-2接頭保護(hù)用附件： 為了完成芯管連接，在接頭處管端需要剝?nèi)ヒ欢胃魺釋雍吞坠?。芯管連接后要用專門的附件-各種形狀的保

18、護(hù)套把這一段覆蓋。一方面形成一個密閉空間以備下一步充填泡沫塑料隔熱。另一方面起到承受外壓保護(hù)接頭部分的作用。Watts接頭保護(hù)附件2-5-3接頭隔熱用附件和材料： 接頭隔熱通常采用灌注PU泡沫。用兩種液態(tài)原料在現(xiàn)場手工混合后灌注入接頭保護(hù)套即可。Watts自動調(diào)節(jié)加熱電纜2-5-4其他附件： 如防止水滲入的封蓋，熱收縮套，防止凍冰的自動調(diào)節(jié)加熱電纜。2-6柔性預(yù)隔熱塑料管的標(biāo)準(zhǔn)2-6-1柔性預(yù)隔熱塑料管標(biāo)準(zhǔn)： EN 155632 地區(qū)供熱管材預(yù)隔熱柔性管道系統(tǒng)District heating pipes Pre- insulated flexible pipe system”該標(biāo)準(zhǔn)包括 EN

19、15632-1:2009 地區(qū)供熱管材預(yù)隔熱柔性管道系統(tǒng)-第一部分：分類，總體要求和測試方法District heating pipes - Pre-insulated flexible pipe systems - Part 1: Classification, general requirements and test methods EN 15632-2:2010地區(qū)供熱管材預(yù)隔熱柔性管道系統(tǒng)-第二部分：粘合的塑料芯管-要求和測試方法District heating pipes - Pre-insulated flexible pipe systems - Part 2: Bonded

20、plastic service pipes - Requirements and test methods EN 15632-3:2010地區(qū)供熱管材預(yù)隔熱柔性管道系統(tǒng)-第三部分：不粘合的塑料芯管-要求和測試方法District heating pipes - Pre-insulated flexible pipe systems - Part 3: Non bonded system with plastic service pipes; requirements and test methods EN 15632-4:2009地區(qū)供熱管材預(yù)隔熱柔性管道系統(tǒng)-第四部分：粘合的金屬芯管-要求和

21、測試方法District heating pipes - Pre-insulated flexible pipe systems - Part 4: Bonded system with metal service pipes; requirements and test methods ASTM F 2165 02 柔性預(yù)隔熱管道的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 Standard Specification for Flexible Pre-Insulated Piping 我國還沒有柔性預(yù)隔熱塑料管標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)是： CJ/T 114-2000 高密度聚乙烯外護(hù)管聚氨醋泡沫塑料預(yù)制直埋保溫管 2-6-2 PE

22、Xa芯管標(biāo)準(zhǔn) 歐洲生產(chǎn)柔性預(yù)隔熱塑料管的企業(yè)規(guī)定PEXa芯管按照DIN 16892 和 DIN 16893，隔氧層EVOH按照DIN 1472。 DIN 16892交聯(lián)聚乙烯管 -總體質(zhì)量要求和測試Crosslinked polyethylene (VPE)pipes - General quality requirements and testing DIN 16893 交聯(lián)聚乙烯管-尺寸Crosslinked polyethylene (PE-X)pipes- Dimensions 我國有建筑冷熱水用交聯(lián)聚乙烯管國家標(biāo)準(zhǔn)： GB/T 18992.1 -2003冷熱水用交聯(lián)聚乙烯(PE-X)

23、管道系統(tǒng) 第一部分：總則 GB/T 18992.2 -2003冷熱水用交聯(lián)聚乙烯(PE-X)管道系統(tǒng) 第二部分：管材2-6-3 隔熱層標(biāo)準(zhǔn) 歐洲生產(chǎn)柔性預(yù)隔熱塑料管的企業(yè)規(guī)定PU泡沫按照EN15632 / EN253。3柔性預(yù)隔熱塑料管的生產(chǎn)企業(yè) 目前國際上生產(chǎn)柔性預(yù)隔熱塑料管的主要企業(yè)：Brugg 荷蘭 Polyplastic 俄羅斯www.polyplastic.ru Uponor 芬蘭Watts 荷蘭Rovanco Piping Systems 美國 Logstor 丹麥 SET 以色列Thermaflex 荷蘭 KE KELIT 奧地利REHAU MESCO 日本 （有些企業(yè)是跨國集團(tuán)

24、，所注國家只是其本部所在國。）企業(yè)名商品名芯管外徑 芯管增強(qiáng)隔熱外套BruggCALPEX®-150PEXa無PULDPE波紋PolyplasticISOPROFLEX®ISOPROFLEX® A-75-225PEXaPEXa無芳綸PUPE波紋UponorEcoflex-110PEXa+EVOH無PEXHDPE波紋WattsMICROFLEX®-110PEXa+EVOH無PEXHDPE波紋RovancoRhinoflex-125PEXa+EVOH無PUPE波紋LogstorPEX-Flex-110PEXb+EVOH無PULDPE平壁 SETElipex-90PEXa+EVOH無PUPE平壁ThermaflexFlexalen-125PB無POHDPE波紋KE KELITKELIT®PEX-110PEXa無PULDPE波紋REHAURauvitherm-110PEXa+EVOH無PEXLDPE波紋M